DE1908170A1

DE1908170A1 - Verfahren zur Herstellung einer papieraehnlichen Folie

Info

Publication number: DE1908170A1
Application number: DE19691908170
Authority: DE
Inventors: Georg Diedrich; Hutt Thomas Gough; Peter Dr Steinau
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1968-08-21
Filing date: 1969-02-19
Publication date: 1971-06-09
Also published as: BR6911769D0; DE1908170B2

Description

Verfahren zur erstellung einer papierähnlichen Folie Es ist aus der deutschen Patentschrift 1 108 420 bekannt, Kunst-.
stoffrohre, die eine Temperatur am oder bis zu 600C unterhalb oder gegebenenfalls dicht über dem Kristallitschmelzpunkt aufweisen, durch Aufblasen im Verhältnis 1 : 4 bis 1 : 15 und darüber allseitig zu verstrecken und dadurch orientierte Folienschläuche herzustellen, die anschließend flachgelegt und aufgeschnitten werden. Die so erhaltenen Folien zeigen zwar hohe Festigkeitswerte in allen Richtungen, jedoch keine papierähnlichen Eigenschaften.
Nach einem weiteren Verfahren, das aus der deutschen Patentschrift 1 262 568 bekannt ist, kann das den Extruder verlassende Rohr in einem Temperaturbereich aufgeweitet werden, in dem nur ein Teil des Rohrquerschnittes sich auf einer Temperatur bis zu 60°C unterhalb des Kristallitschmelzpunktes befindet während ein anderer Teil des Rohrquerschnittes sich oberhalb des Kristallitschmelzpunktes im aufgeschmolzenen Zustand befindet. Die so erhaltenen Folien haben je nach der Temperatur des Kunststoffrohres vor der Aufblasung hohe Zugspannungs- bei mittleren Dehnu£igswerten oder niedrige Zugspannungs- und hohe Dehnungswerte Durch Variation der Temperaturverteilung innerhalb des Querschnittes des Rohres ist es möglich, die Zugspannungs- und Dehnungswerte sowie die Einreiß-und Weitreißfestigkeit beliebig einzustellen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Folie aus makromolekularen Stoffen herzustellen, deren Anwendungsbereoh denen von Papier möglichst ähnlich sind.
Es wurde nun gefunden, daß man papierähnliche Folien aus makromdekularen Stoffen durch Aufblasen und Abziehen rohr- oder schlauchförmiger Formkörper heistellon kann, wenn der den Extruder verlassende rohr- oder schlauchförmige Formkörper aus makromolekularen Stoffen auf Temperaturen zwischen 3 bis So0C, vorzugsweise 5 bis 60°C oberhalb des Kristallitschmelzpunktes temperiert und anschließend im Verhältnis 1 : 4 bis 1 : lo, vorzugsweise 1 : 4 bis 1 : 6 aufgeblasen und in der Weise zu Folien einer Dicke zwischen 5 bis 50/um, vorzugsweise 5 bis 30/um abgezogen wird, daß in den angegebenen Zahlenverhältnissen unter teilweiser Kristallisierung des makromolekularen Stoffes gleichzeitig eine Längs- und Umfangs-Reckung und -Verstreckung eintritt. Vorzugsweise wird die Längs-und Umfangsreckung- und verstreckung in etwa gleichen Verhältnissen durchgeführt.
Das Recken ist eine Dehnung, die nur so weit durchgeführt wird, daß eine örtliche Einschnürung oder Haisbindung noch nicht auftritt.
Das Material wird dabei an allen Stellen gleichmäßig gedehnt. Im Kraft-Dehnungs-Diagramm äußert sickSleser Vorgang so, daß während des Reckens die Kraft-Dehnungs-Kurve ansteigt und am Ende des Recken vorgangs einen Maximalwert (= obere Streckgrenze) erreicht. Diese obere Streckgrenze wird beim Recken nicht überschritten. Das Rekke ist So%#-.t eine Dehnung im ansteigend#n Teil der Kraft-Dehnungs-Kurve b-i£ höchstens zur oberen Streckgrenze, wobei die Verformung an allen Stellen ~gleichzeitig einsetzt und eine örtliche Einschnürung oder Halsbildung noch unterbleibt.
Bei der Verstreckung wird demgegenüber die Verformung über den Betrag der Reckung hinaus fortgesetzt, wobei sich die genannte örtliche Einschnürung ausbildet, die eine auf einen sehr engen Beretchbegrenzte Fließstelle darstellt und die den neuen, verstreckten Querschnitt vorgibt. Die Dehnung wird anschließend so lange fortgesetzt, bis das gesamte Material diesen neuen, verstreckten Querschnitt angenommen hat. Im Kraft-Dehnungs-Diagramm äußert sich die Verstreckung so, daß die Kraft nach überschreiten der oberen Streckgrenze unter gleichzeitiger Ausbildung der örtlichen Einschnürung bis zur unteren Streckgrenze absinkt. Sobald die letztere erreicht ist, verläuft die Kraft-Verformungs-Kurve waagerecht weiter, wobei unter Weiterwandern der Einschnürstelle das ganze Material nach und nach den verstreckten Querschnitt annimmt.
Während beim Recken die#Makromoleküle nur gestrafft werden, findet beim Verstrecken in der Einschnürzone eine Umlagerung und Ausrichtung der Moleküle in die Verstreckrichtung statt. Aus diesem Grunde wird beim Verstrecken die Festigkeit des Materials außerordentlich erhöht (vgl. F. II. Müller, die Kaltverformung von Kunststoffen, Kunststoffe, 44 (1954) S. 569 bis 576). Beim Recken wird demgegenüber die Festigkeit des Materials nur mäßig gesteigert.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit allen denjenigen thermoplastischen Kunststoffen durchführen, die das Phänomen der "Halsbildung", wie es in der Patentschrift 1 108 420 beschrieben ist, zeigen. Hierzu gehören beispielsweise Polyvinylchlorid, Polyfluoräthylene, wie Polytrifluorchloräthylen, Polyester wie Polyäthylenglykolterephthalat und Polyolefine wie Polystyrol, Polyäthylen, Polypropylen und Polymere höherer Olefine. Selbstverständlich ist das Verfahren auch für Mischpolymerisate aus den den genannten Kunststoffen zugrunde liegenden Monomeren und/oder anderen Monomeren möglich, sofern diese Polymerisate die Eigenschaft der "Halsbildung" besitzen. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren für die Verarbeitung von Niederdruckpolyolefinen, beispielsweise solchen, die durch Polymerisaten von Olefinen wie Äthylen, Propylen, Buten-1, Penten-l, Methylpenten-1, Styrol unter milden Druck- und Temperaturbedingungen mit Hilfe von Katalysatorsystemen, die unter dem Namen ~Ziegler-Katalysatoren" bekanntgeworden sind, hergestellt werden.
Besonders erwünschte Eigenschaften haben Folien, die aus linearem 3 Polyäthylen einer Dichte zwischen o,94 und o,97 g/cm , einer reduzierten spezifischen Viskosität (gemessen in einem Ubbelohde-Viskosimeter bei 1350C in einer o,1 %igen Lösung in Dekahydro naphthalin) zwischen 1,65 und lo,5 dl/g (entspricht einem mittleren Molekulargewicht zwischen 6o ooo und 500 ooo; Umrechnung siehe H. Weßlau, Kunststoffe, 49, 1959, Seite 230), hergestellt sind.
Vorteilhafterweise wird ein Polymerisat mit einer reduzierten spezifischen Viskosität zwischen 4,5 und 8,5 verwendet (entspricht einem mittleren Molekulargewicht von 200 ooo bis 400 ooo).
Werden Polymere mit Molekulargewichten von über 400 ooo eingesetzt, dann empfiehlt sich eine Temperierung des den Extruder verlassenden Materials auf 60 bis 80°C oberhalb seines Kristallitschmelzpunktes, während bei niedrigeren Molekulargewichten eine Temperatur in dem Bereich von 3 bis 600C oberhalb des Kristallitschmelzpunktes ausreicht.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden makromolekularen Stoffe können übliche Stabilisatoren und Farbpigmente enthalten. Derartige Zusatzstoffe werden üblicherweise mit Hilfe eines master-batches zugegeben. Besonders bewährt hat sich ein master-batch, der aus So bis 25 Gew.-%, vorzugsweise etwa 65 Gewchtsprozent organischer oder anorganischer Pigmente oder So bis 25 Gew.-%, vorzugsweise etwa 35 Gew.-% Wachs besteht. Dieser master-batch wird in der Regel in Mengen von 5 bis 20 Gew.-% zugegeben. Gut geeignet sind Kohlenwasserstoffwachse mit mehr als 33 Kohlenstoffatomen und einem mittleren Molekulargewicht von etwa 750, welches einen Erstarrungspunkt von etwa 94,5°C oder höher aufweist. Die Herstellung derartiger master-batche erfolgt mit üblichen Mischeinrichtungen. Es können jedoch auch andere übliche master-batche eingesetzt werden.
Außerdem ist es auch ohne weiteres möglich, das Pigment in Substanz dem makromolekularen Stoff zuzugeben, falls bei der nachfolgenden Verarbeitung eine ausreichende Homogenisierung des Materials gewährleistet ist.
Als organische oder anorganische Pigmente kommen neben Titandioxid vor allem Zinksulfid, Cadmiumsulfid, Phthalocyanine, Ultramarinblau und Ruß in Betracht.
Der für die Aufweitung des rohr- oder schlauci#förmigen Formkörpers erforderliche Temperaturbereich kann auf verschiedene Weise hergestellt werden.
Beispielsweise kann der Formkörper durch eine Temperiereinrichtung geführt werden, durch die er unmittelbar vor Beginn der Aufweitung ad eine höhere Temperatur gebracht wird. Das läßt sich dadurch erreichen, daß der Formkörper mit einem heißen Gas angeblasen, mit einer heißen Flüssigkeit besprüht, durch Strahlungsheizung oder eine andere bekannte Methode auf die erforderliche Temperatur gebracht wird.
Die Temperatur des zur Aufheizung über den Kristallitschmelzpunkt bzw. Erstarrungspunkt dienenden Heizmittels sowie die Einwirkungsdauer dieses Heizmittels hängen von der Dicke der Rohrwandung und von den angestrebten Eigenschaften der herzustellenden Folie ab.
Die Verweilzeit des Rohres in der für diese nachträgliche Aufheizung verwandten Heizeinrichtung richtet sich naturgemäß nach deren Temperatur und ferner auebhacbden angestrebten Eigenschaften der herzustellenden Folien. Die Verweilzeit ist um so größer, je geringer die Temperatur der Heibzeinrichtung ist. Sie ist ferner um so größer, je größer die erstrebte Zähigkeit der Folie ist. Im allgemeinen werden Verweilzeiten von einigen Sekunden (z.B. 5 Sekunden) bis zu einigen Minuten (etwa 20 Minuten) ausreichen, diese Verweilzeiten können Jedoch in besonderen Fällen weit über- oder unterschritten werden.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß ein einen Extruder mit einer Über dem Kristallitschmelzpunkt des Kunststoffes liegenden Temperatur verlassender rohr- oder schlauchförmiger Formkörper soweit abgekühlt wird, daß eine Temperatur von weniger als 800C oberhalb des Kristallitschmelzpunktes erreicht wird.
In dem so eingestellten Temperaturbereich läßt sich die angestrebte gleichzeitige Reckung und Verstreckung des Folienschlauches dadurch bequem erreichen, daß man eine teilweise Aufweitung des Folienschlau-Ches in einem bestimmten Abstand vom Extruderkopf durchführt, in dem die Kristallisierung des Folienschlauches stattfindet. Der Bereich, in dem die Kristallisierung erfolgt, wird als Eintrübungszone bezeichnet. Er befindet sich in der Regel in einer Entfernung zwischen 8,89 und 20,32 cm vom Extruderkopf, kann jedoch auch kleiner oder größer sein.
Würde man das Verfahren so durchführen, daß praktisch nur verstreckt wird, dann würde man Folien mit einer nur geringen Weiterreißfestigkeit erhalten, die deshalb nur begrenzt anwendbar sind.
Würde man das Verfahren so durchführen, daß praktisch nur gereckt wird, dann würde man Folien mit einer in Umfangsrichtung nur geringen Einreißfestigkeit erhalten.
Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, die erfindungsgemäß hergestellten Folien bei tieferen Temperaturen weiter zu verstrecken.
Die nacI>flem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Folien besitzen je nach den gewählten-Herstellungsbedingungen Festigkeiten von etwa looo bis etwa 200 kg/cm2 und entsprechend Dehnungswerte von etwa So bis zu mehreren hundert, etwa 500 % Durch Variation der Temperaturverteilung# der Dicke des den Extruder verlassenden rohr- oder schlauchförmig Formkörpers sowie des MolekLl.xgewlchtsbereiches des eingesetzten Rohstoffes ist es möglich, die Festigkeits- und Dehnungswerte der erhaltenen Folien beliebig einzustellen.
Es ist Überraschend, daß es durch das erfindungsgemäße sehr einfache Verfahren gelingt, eine Palette von Folien mit den verschiedensten Eigenschaften herzustellen, durch die sie sich typische Anwendungsbereiche des Papiers erschließen.
Besonders zeichnen sich derartige Folien durch eine feinrauhe Oberflächenstrukur und auch wenn sie ohne Pigmentzugabe hergestellt werden durch eine nur geringe Transparenz aus. Sie weisen außerdem einen trockenen, papierähnlichen Griff auf, vergrößern ihr Volumen nach Knüllung (Knüllvolumen) nicht wesentlich. Damit besitzen derartige Folien einen erheblichen Vorteil gegenüber Ub lichen Folien, der. sich u.a. bei der Beseitigung derartiger Folien in Müllbehältern bemerkbar macht.
hervorzuheben ist ferner die ausgezeichnete Drucicfarbenhaftung, die durch übliche Vorbehandlungsverfahren noch verbessert werden kann. Sie zeigen eine gegenüber bekannten Polyolefillfolien deutlich verminderte Neigung zur elektrostatischen Aufladung. Es ist überraschend, daß sich die Folien auch bei den erforderlichen hohen Aufblasverhältnissen faltenfrei flachlegen lassen.
Anwendung finden derartige Folien als Einwickelpapier für Lebensmittel wie Fleich, Fisch, Blumen, als Trennmittel für Käseschnitten, als Verpackungsmaterial für optische Instrumente, bei denen die bei einer Papierverpackung unvermeidliche Staubentwicklung stören würde* Auch für die Beutelverpackung von z.B. Erdnüssen, Kosmetika usw. ist die erfindungsgemäße Folie geeignet.
Das erfindungsgemäße-Verfahren läßt sich mit üblichen Kunststoffstrangpressen, die für das Blasen von Folien, eingerichtet sind, verwirklichen. Dabei empfehlen sich einige spezielle Maßnahmen, die im folgenden anhand der Figuren erläutert werden. Es zeigen in schematischer Darstellung Figur (1) einen Axialschnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur (2) einen Schnitt in Richtung A - A durch den Gegenstand nach Figur (1).
Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung kann zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens dienen. Sie besteht in ihrem Aufbau aus einer Kunststoffstrangpresse, von der nur der Spritzkopf 1 gezeichnet ist, und einem dem Spritzkopf l nachgeordneten Kühlluftring 2. Der Spritzkopf 1 ist in an sich bekannter Weise zum Aufblasen des extrudierten Schlauches 3 zu einer Kunststoff-Folie eingerichtet. Eine Flachlegevorrichtung 4 ist nachgeschaltet. Der Kühlluftring 2 kann in Bezug auf seinen Abstand zum Spritzkopf 1 einstellbar sein. Er ist in der Figur 1, rechts, geschnitten gezeichnet. Man entnimmt aus dieser Schnittdarstellung, daß der Kühiluftring 2 labyrinthartige Einbauten 8 aufweist, welche die Kühlluft gleichmäßig über den Ringumfang verteilen und bei 9 auch gleichmäßig austreten lassen. Die Kühlluft wird über Rohrleitungen lo, die über den Umfang des Kühlluftringes 2 verteilt werden können, zugeführt.
Durch das Beblasen mit Kühlluft wird der den Extruder verlassende rohr- oder schlauchförmige Formkörper auf eine Temperatur zwischen 3 und 800C oberhalb des Kristallitschmelzpunktes gebracht.
Anschließend werden die Folien flachgelegt. Dabei hat sic»Sie in der Figur 2 dargestellte Flachlegevorrichtung bewährt, die Fphrungselemente in Form von Führungsstangen 11 aufweist. Der aufgeblasene Schlauch legt sich diesen Führungsstangen eng an. Eine andere Ausführungsform besteht darin, daß die Flachlegevorrichtung 4 in Richtung des abzuziehenden Schlauches 3 mitlaufende ränder aufweist, die dann zur eigentlichen Abzugsvorrichtung hinführen.
Nach dem Flachlegen ist es empfehlenswert, die Folien noch über eine Spreizschere zu ziehen. Hierdurch wird die Faltenbildung sicher vermieden und der Folienschlauch durch die von außen gegen die Spreizblätter wirkenden Führungsrollen genau geführt.

Claims

A n s p r ü c h e:

1. Verfahren zur Herstellung einer papierähnlichen Folie aus makromolekularen Stoffen durch Aufblasen und Abziehen rohrförmiger oder schlauchförmiger Formkörper aus makromolekularen Stoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man den makromolekularen Stoff aul Temperatllren zwischen 3 und 80°C oberhalb des Kristallitschmelzpunktes temperiert, anschließend im Verhältnis 1 : 4 bis 1 :10 aufbläst und zu Folien einer Dicke zwischen 5 bis zum in der Weise abzieht, daß in den angegebenen Zahlenverhältnissen unter teilweiser Kristallisierung des makromolekularen Stoffes gleichzeitig eine Längs- und -Umfangs-Reckung und -Verstreckung eintritt.

(2) Verfahren nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß als makromolekularer Stoff ein Niederdruckpolyäthylen mit einer reduzierten spezifischen Viskosität (gemessen bei 1350C in einer o,l %igen Lösung in Dekahydronaphthal#in) zwischen 1,65 und lo,5 dl/g eingesetzt wird.

L e e r s e i t e